Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012.

Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012. Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012. Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN: ĐIỀU KHIỂN SỐ

MÃ HP: 13322 HỌC KỲ: 1 – NĂM HỌC: 2022 – 2023

Đề tài: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ

động cơ DC Servo Harmonic RHS 20-3012

ĐTĐ60ĐH Nhóm trưởng ĐTĐ60ĐH Thành viên ĐTĐ60ĐH Thành viên

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:

ĐIỂM ĐÁNH GIÁ:

HẢI PHÒNG - 12/2022

MỤC LỤC MỤC LỤC _2

MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 20-3012 1

1.1 Giới thiệu về động cơ Servo 11.2 Nguyên lý hoạt động DC Servo Harmonic RHS _31.3 Thông số động cơ DC Servo Harmonic RHS 20-3012 3

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 5

2.1 Mô tả đối tượng điều khiển _52.2 Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục 6

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XẤP XỈ LIÊN TỤC 10

3.1 Khái quát về phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục 103.2 Thiết kế bộ điều khiển xấp xỉ liên tục 103.2.1 Mô hình mô phỏng _103.2.2 Tính toán bộ điều khiển PID bằng phương pháp PID Tuner _113.2.3 Thiết kế bộ điều khiển xấp xỉ liên tục 11

KẾT LUẬN _15 TÀI LIỆU THAM KHẢO _16

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.1 Cấu tạo động cơ servo 1

Hình 1.2: Hình ảnh thực tế của động cơ Servo 2

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc của động cơ 6

Hình 2.2: Mô hình mô phỏng động cơ Servo 7

Hình 2.3: Đặc tính tốc độ động cơ khi không có Mc 7

Hình 2.4: Đặc tính tốc độ dòng điện khi không có Mc 8

Hình 2.5: Đặc tính tốc độ động cơ khi có Mc 8

Hình 2.6: Đặc tính tốc độ dòng điện khi có Mc 9

Hình 3.1: Mô hình mô phỏng bộ điều khiển xấp xỉ liên tục trên MATLAB 10

Hình 3.2: Tính toán bộ điều khiển bằng PID Tuner 11

Hình 3.3: Cấu trúc mô phỏng bộ điều khiển xấp xỉ liên tục 12

Hình 3.4: Đáp ứng tốc độ khi không có Mc 13

Hình 3.5: Đáp ứng dòng điện khi không có Mc 13

Hình 3.6: Đáp ứng tốc độ khi có Mc 14

Hình 3.7: Đáp ứng dòng điện khi có Mc 14

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây công nghệ thông tin có những bước nhảy vọt, đặcbiệt là sự ra đời của máy tính đã tạo cho xã hội một bước phát triển mới, nó ảnhhưởng đến hầu hết các vấn đề của xã hội và trong công nghiệp cũng vậy Hòa cùng

sự phát triển đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các họ vi sử lý mạnhvào trong công nghiệp, trong việc điều khiển và sử lý đữ liệu Những hạn chế của

kỹ thuật tương tự như sự trổi thông số, sự làm việc cố định dài hạn, những khókhăn của việc thực hiện chức năng điều khiển phức tạp đã thúc đẩy việc chuyểnnhanh công nghệ số Ngoài ra điều khiển số cho phép tiết kiện linh kiện phần cứng,cho phép tiêu chuẩn hóa Với cùng một bộ vi sử lý, một cấu trúc phần cứng có thểdùng cho nhiều ứng dụng khác nhau Tuy nhiên kỹ thuật số cũng có những nhượcđiểm như sử lý các tín hiệu rời rạc, đồng thời tín hiệu tương tự có những ưu điểm

mà kỹ thuật số không có như tác động nhanh và liên tục Vì vậy xu hướng điềukhiển hiện nay là phối hợp cả điều khiển số và điều khiển tương tự

Để lắm vững những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối với

sinh viên Vì vậy nhóm em được giao đề tài bài tập lớn “Thiết kế xấp xỉ liên tục

khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 20-3012.” Qua bài tập

lớn đã giúp em biết thêm được rất nhiều về cả kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới sựhướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Tiến chúng em đã thực hiện xong bài tập này Dokiến thức còn hạn chế nên bài tập còn có nhiều sai xót, nên chúng em mong nhậnđược sự bổ sung của các thầy

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS

20-3012 1.1 Giới thiệu về động cơ Servo

Điều khiển động cơ DC (DC Motor) là một ứng dụng thuộc dạng cơbản nhất của điều khiển tự động vì DC Motor là cơ cấu chấp hành(actuator) được dùng nhiều nhất trong các hệ thống tự động (ví dụ robot).Điều khiển được DC Motor là ta đã có thể tự xây dựng được cho mình rấtnhiều hệ thống tự động DC servo motor là động cơ DC có bộ điều khiểnhồi tiếp

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòngkín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động

cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu cóbất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp

sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiểntiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trongnhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các

mô hình máy bay, ô tô Ứng dụng mới nhất cho động cơ servo là dùngtrong Robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và ôtô

Cấu tạo động cơ Servo:

Hình 1.1 Cấu tạo động cơ servo

Hình 1.2: Hình ảnh thực tế của động cơ Servo

- Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn mà không phải quayliên tục như động cơ DC hay động cơ bước

- Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RHS 20-3012của hãngHarmonic.Động cơ này thuộc dòng RFS - eries (Sizes 20) là dòng động cơđược thiết kế nhỏ gọn, truyền động chính xác, mô men lớn và có gắn sẵnencoder

1.2 Nguyên lý hoạt động DC Servo Harmonic RHS

2

Động cơ servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòngkín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động

cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này.Khi đó bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấuhồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạchđiều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xácnhất

1.3 Thông số động cơ DC Servo Harmonic RHS 20-3012

Thông số kỹ thuật động cơ được thể hiện ở bảng 1.1:

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật động cơ RHS 20-3012

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ

2.1 Mô tả đối tượng điều khiển

Đối tượng điều khiển được mô tả bởi phương trình toán học sau :

- Điện áp phần ứng : uA=eA+RAiA+LA

di A dt

L T

Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc của động cơ

2.2 Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục

6

Hình 2.4: Mô hình mô phỏng động cơ Servo

- Mô hình mô phỏng của động cơ

 Khi không có momen cản Mc:

Hình 2.5: Đặc tính tốc độ động cơ khi không có Mc

Hình 2.6: Đặc tính tốc độ dòng điện khi không có Mc

 Khi có mômen cản Mc

Hình 2.7: Đặc tính tốc độ động cơ khi có Mc

8

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XẤP XỈ LIÊN TỤC

3.1 Khái quát về phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục

- Luật PID trên miền thời gian được mô tả:

Tc: Hằng số thời gian chậm sau

Tv: Hằng số thười gian vượt mức

3.2.1 Mô hình mô phỏng

Hình 3.9: Mô hình mô phỏng bộ điều khiển xấp xỉ liên tục trên MATLAB

3.2.2 Tính toán bộ điều khiển PID bằng phương pháp PID

Tuner

Hình 3.10: Tính toán bộ điều khiển bằng PID Tuner

- Từ đó ta có thông số bộ điều khiển PI như sau:

+ P = 2.566

+ I = 10.73

3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển xấp xỉ liên tục

a, Chọn các tham số cho bộ điều khiển

- Chọn điện áp vào bộ điều khiển PID từ 0 - 10V

Vậy G BĐ ( s)= 1/24

10 −4 s+1

- Chọn tham số bộ điều khiển PID:

Từ thông số từ bộ điều khiển PID ta có:

Hình 3.11: Cấu trúc mô phỏng bộ điều khiển xấp xỉ liên tục

Hình 3.12: Đáp ứng tốc độ khi không có Mc

Hình 3.13: Đáp ứng dòng điện khi không có Mc

Hình 3.14: Đáp ứng tốc độ khi có Mc

14

Hình 3.15: Đáp ứng dòng điện khi có Mc

Nhận xét:

+ Thời gian xác lập nhanh 0.4s

+ Độ quá độ khoảng 12%

+ Tốc độ và dòng điện ra đúng với tốc độ và dòng điện định mức

- So sánh chất lượng điều khiển:

+ Thời gian xác lập của bộ điều khiển số nhanh hơn một chút so với bộ điều khiển PID

+ Độ quá độ của bộ điều khiển PID cao hơn so với bộ điều khiển số

+ Đáp ứng đầu ra của hai bộ điều khiển là tương đối giống nhau

KẾT LUẬN

Qua bài tập lớn này giúp chúng em hiểu rõ hơn về cấu tạo động cơServo DC các dòng khác nhau, đặc biệt là dòng RHS 20 - 3007 cũng nhưcách thiết kế điều khiển tốc độ trên Matlab và mô phỏng

Nhờ sự hướng dẫn của thầy bọn em cũng có được những kết quảnhất định như sau:

- Các kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng ra của bộ điều khiển trênmiền liên tục như đáp ứng ra của bộ điều khiển số xấp xỉ liên tục

- Khẳng định thuật toán và cách thức xây dựng bộ điều khiển số xấp

xỉ liên tục là hoàn toàn đúng và chính xác

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ ỨNG DỤNG, TS.Nguyễn Khắc Khiêm, TS.Phạm Tuấn Anh, PGS.TS Trần Sinh Biên , Nhà xuất bản Hàng Hải, 2018

[2] DC Servo Systems RH Mini Series, RHS and RFS Series